三、TCP/IP

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目录

TCP/IP模型与OSI模型

TCP/IP模型与OSI模型

1、TCP/IP协议簇

TCP/IP协议簇

2、应用层

Telnet、SNMP、FTP、SSH、TFTP、HTTP、HTTPS、SMTP、POP、IGMP、DNS、DHCP

3、主机到主机层

• 传输控制协议（TCP）
  • 面向连接
  • 可靠传输
  • 使用TCP的应用：web浏览器、电子邮件、文件传输程序
• 用户数据报协议（UDP）
  • 高效
  • 尽力传输
  • 使用UDP的应用：域名系统（DNS）、视频系统、IP语音（VoIP）

4、特点

• TCP：安全可靠、效率低
• UDP：安全性低、效率高

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TCP机制

1、TCP三次握手

TCP采用三次握手建立连接

TCP三次握手

• 第一次握手：Client向Server发送一个连接请求，在这过程中，标志位SYN=1，发送序号seq=x，Client进入SYN_SENT状态，等待Server确认；（我要开始一个连接）
• 第二次握手：Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接，Server将标志位SYN和ACK都置为1，确认序号ack=x+1，随机产生一个发送序号seq=y，并将该数据包发送给Client以确认连接请求，Server进入SYN_RCVD状态；（好的，可以连接）
• 第三次握手：Client收到确认后，检查确认序列号ACK是否为x+1，标志位ACK是否为1，若正确，则将标志位ACK置为1，确认序号ACK=y+1，并将该数据包发送给Server，Server检查确认序号ACK是否为y+1，标志位ACK是否为1，若正确则连接成功，Client和Server进入ESTSBLISHED状态。（好的，收到）
• 完成三次握手，客户端和服务器端开始传送数据。

2、TCP四次挥手

TCP采用四次挥手终止TCP连接

TCP四次挥手

• 第一次挥手：Client发送一个FIN=N，用来关闭Client到Server的数据传输，Client进入FN_WAIT_1状态；（我要终止连接）
• 第二次挥手：Server收到FIN后，先发送ack=N+1，告知Client请求已收到，但Server还没准备好，继续等Server的消息，这时Client进入FN_WAIT_2状态；（可以终止连接）
• 第三次挥手：当Server确认数据已经发送完成，则向Client发送FIN=M确认报文，告知Client数据发送完成了，准备关闭连接，Server进入LAST_ACK状态；（终止连接了）
• 第四次挥手：Client收到Server的断开连接FIN=M确认报文后，向Server发送ack=M+1确认断开报文，Client进入TIME_WAIT状态；Server收到Client确认断开报文后，进入CLOSED状态，断开TCP连接。（好的，收到）
• 完成四次挥手，客户端和服务器断终止TCP连接。终止连接端可以是客户端，也可以是服务器端。

3、端口号类型

• 范围：0~65535
• 已划分给特定协议，不能随意使用：0~1023
• 可以有限的去使用：1024~49511
• 可以随意使用：49512~65535

4、源/目的端口

• 源端口随机分配，目标端口使用已知端口
• 应用客户端使用的源端口号一般为系统中未使用且大于1023
• 目的端口号为服务器端应用服务的进程，如telnet23

5、TCP的特点

• TCP/IP 协议栈的传输层
• 面向连接的协议
• 全双工模式运行
• 错误检查
• 数据包序列化
• 接收确认
• 数据恢复功能

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IP

1、IP报头

IP报头

• 版本（Ver）：IP版本号。
• 报头长度（IHL）：报头的长度，单位为32 位字。
• 服务类型（Service Type）：服务类型指出应如何处理数据报。
• 数据包总长度（Packet Length）：包括报头和数据的总长度。
• 标识（Identification）：唯一的IP分组值，用于区分不同的数据报。
• 标志（Flag）：指出是否进行了分段。
• 片内偏移（Frag.Offset）：在分组太大，无法放入一个帧中时，提供了分段和重组功能。它还使得因特网上可有不同的MTU (Maximum Transmission Unit ，最大传输单元)。
• 生存时间（Time to Live）：生成分组时给它指定的存活时间。如果分组到达目的地之前TTL就已到期，分组将被丢弃。这可避免IP 分组因寻找目的地不断在网络中传输。0-255,ttl减少1，一般16跳足够了。
• 协议（Protocol）：告诉IP上层用的是TCP（6）还是UDP（7）。
• 报头校验和（Header Checksum）：对报头执行CRC的结果。
• 源IP地址（Source Address）：发送方的32位IP地址。
• 目标IP地址（Destination Address）：接收方的32位IP地址。
• 选顶（Options）：用于网络测试、调试、安全等。
• 填充（Padding）

2、IP编址

IP地址长32 位，这些位被划分成4 组，每组8 位。总的有2^32个地址，3 种方法描述IP 地址：

• 点分十进制表示，如172.16.57.186 。（常用）
• 二进制，如10101100.00010000.00111001.10111010。
• 十六进制，如AC.10.39.BA 。

IP编址

3、地址范围

• A类 ： 8位network/24位host 取值范围 ：1~126 127.x.x.x本机回环地址（0xxxxxxx）
• B类 ：16位network/16位host 取值范围 ：128~191 （10xxxxxx）
• C类 ：24位network/8位host 取值范围 ：192~223 （110xxxxx）
• D类 ：取值范围 ：224~239 (1110xxxx)
• E 类 ： 保留

4、私有地址

• A类 ：10.0.0.0~10.255.255.255
• B类 ：172.16.0.0~172.31.255.255
• C类 ：192.168.0.0~192.168.255.255

5、ICMP（因特网控制消息协议）

• 作用：控制网络层的连通性，面向连接的协议；用于向原节点发送“错误报告”信息。
• 原理：发送echo request，目标收到后发送echo reply
• 常用命令：ping、traceroute

5.1、ping

• ping是个应用程序
• 工作原理：
  1. 发送ICMP的echo request
  2. ICMP被IP封装，途径的网络设备看到的是IP包
  3. 目标主机接收到echo request后发送echo reply
• ping通：
  1. 通信子网——去与回
  2. 资源子网——发送主机与接收主机

5.2、Traceroute

• 目的：探测到目标主机所经过的路径
• 工作原理：利用IP头部的TTL字段，TTL报超时信息探测每一个设备节点；从TTL=1开始发送，每次累加TTL值，直到达到目的地

6、ARP

• ARP（地址解析协议）：通过广播查询IP对应的MAC
  1. 过程：目标主机在本地网络
  2. 基本功能：将IPv4地址解析为MAC地址；维护映射缓存
• 代理ARP（Rroxy ARP）：目标IP不在广播域时，使用本接口MAC进行数据转发
• RARP（逆向地址解析协议Reverse ARP）：通过MAC来获得IP——DHCP
• 免费ARP：
  1. 端口UP时发送一个免费ARP，若地址有冲突就会回应
  2. 当设备变更了硬件（网卡），也会发送免费ARP，如果其他设备有相应的ARP表，则将更新